CN106043484B - 一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人 - Google Patents

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Abstract

一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人，其特征在于它包括检测模块、动力电池和控制模块、吸附机构、移动机构和越障控制机构；其工作方法包括：①负压产生吸附力使机器人吸附在壁面上；②对爬壁机器人移动控制；③运行前方有障碍时，进行越障控制；④各个吸附机构和轮式移动机构轮流越过障碍；其优越性：本发明提供的可越障吸附式爬壁机器人能够实现在光滑竖直面的移动和越障，与已有的技术相比，既能保证移动速度又具备了越障能力，具有广阔的应用前景和重大的生产实践意义。

Description

一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人
(一)技术领域：
本发明涉及爬壁机器人领域，特别是一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人。
(二)背景技术：
在当前，建筑的高度越来越高，使得对于高层建筑外层的相关工作变得很困难。当前多使用蜘蛛人或吊具来完成高层建筑的外壁工作，使得外壁清洗、粉刷等工作变得异常困难和危险。在这样的背景下，能够开发出替代人工在高层建筑上工作的机器人具有较广阔的应用前景。
目前，在国内外对于爬壁机器人、高层清洗机器人都有了较广泛的研究，主要使用吸盘吸附方式、磁吸附方式和负压方式来实现在竖直壁面上的吸附，移动机构多采用肢体或履带。这种方式能够实现机器人在壁面的吸附运动。但是采用肢体作为移动机构的机器人，结构复杂导致控制和移动都较慢。采用履带形式的爬壁机器人能够实现在壁面上的快速运动，但是不具备越障能力。
要保证爬壁机器人的移动速度的同时，还要保证爬壁机器人的越障能力就需要采用新型的移动机构。
当前，迫切需要开发出一种吸附式可越障爬壁机器人，可以实现结构简单的机器人快速移动和越障。
(三)发明内容：
本发明的目的在于设计一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人，它可以克服现有技术存在的上述不足，是一种结构简单、速度快、可跨越障碍的爬壁机器人。
本发明的技术方案：一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人，其特征在于它包括检测模块、动力电池和控制模块、吸附机构、移动机构和越障控制机构；其中，所述检测模块、动力电池和控制模块、吸附机构和越障控制机构安装在移动机构上；所述控制模块由动力电池和控制模块的动力电池供电，其输出端输出控制信号，分别与检测模块、吸附机构、移动机构和越障控制机构。
所述检测模块、吸附机构、移动机构和越障控制机构都有各自的驱动电路，分别为检测模块驱动电路模块、吸附驱动电路模块、移动驱动电路模块和越障控制驱动电路模块。
所述检测模块通过位置传感器、距离传感器和三轴加速度传感器采集爬壁机器人的位置信息和壁面平滑度信息。
所述移动机构为轮式移动机构；所述轮式移动机构是由轮、直流电机和传动机构组成。
所述吸附模块是由真空泵、真空气管和真空吸盘构成；所述真空吸盘依真空管与真空泵连接。
所述越障控制机构由电缸和传动机构组成。
所述控制模块的核心处理器是由ARM9(Advanced RISC Machines,高级精简指令集处理器)处理器、作为RAM(Random-Access Memory,随机存取存储器)的SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器)、作为ROM(Read-Only Memory，只读存储器)的NAND FLASH(资料存储型闪存)和晶振电路组成。
所述吸附驱动电路模块是对吸附模块的真空泵进行驱动的电路，由真空泵直流电机驱动芯片组成；所述移动驱动电路模块是对轮式移动机构的直流电机进行驱动的电路，由直流电机驱动芯片组成；所述越障控制驱动电路模块是对越障控制机构的电缸的驱动电路，由直流式IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)电路构成；所述检测模块驱动电路模块是驱动检测模块的位置传感器、距离传感器和三轴加速度传感器的电路，以完成对爬壁机器人的状态信息和环境信息的检测。
所述动力电池是12V锂电池。
一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：
①爬壁机器人在初始状态为真空泵产生负压力，将负压力通过真空管传输给真空吸盘，真空吸盘提供的吸附力使得机器人吸附在光洁度较高的壁面上；
②控制模块对爬壁机器人的状态进行检测，然后根据检测到的状态信息进行对轮式移动机构的控制，实现对爬壁机器人的移动控制；
③当检测电路单元检测到机器人运行前方有障碍时，控制模块控制越障电路驱动模块，将首先接近障碍的吸附机构和轮式移动机构抬起，机器人继续前进，当越过障碍时，控制模块控制越障驱动电路模块放下，然后真空泵运行在真空吸盘内产生负压，使真空吸盘吸附在壁面上；
④各个吸附机构和轮式移动机构轮流越过障碍，实现爬壁机器人的越障过程。
所述步骤②中的爬壁机器人的状态是指爬壁机器人的自身状态，包括吸盘真空度、电池电量、工作环境状态、壁面光洁度和是否前方有障碍。
本发明的工作原理：吸附模块：用于产生机器人对墙壁的吸附力的装置，由吸盘、真空泵和真空泵驱动电路组成；
轮式移动模块：用于爬壁机器人在光滑面上的快速移动，主要有对光滑面摩擦力较大的轮和直流电机组成；
越障驱动模块：机器人进行越障时进行调整吸盘位置的动作。
控制模块：控制核心，内部包含有控制核心处理器最小电路、吸附驱动电路、移动驱动电路、越障控制驱动电路和检测模块驱动电路，其作用是接收环境监测模块的位置信息，对机器人的工作流程、工作体位和越障进行控制；
本发明的优越性：本发明提供的可越障吸附式爬壁机器人能够实现在光滑竖直面的移动和越障，与已有的技术相比，既能保证移动速度又具备了越障能力，具有广阔的应用前景和重大的生产实践意义。
(四)附图说明：
图1为发明所涉一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人的整体结构示意图。
图2为本发明所涉一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人的结构原理示意图；
(五)具体实施方式：
实施例：一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人(见图1)，其特征在于它包括检测模块101、动力电池和控制模块105、吸附机构102、移动机构103和越障控制机构104；其中，所述检测模块101、动力电池和控制模块105、吸附机构102和越障控制机构104安装在移动机构103上；所述控制模块由动力电池和控制模块105的动力电池供电，其输出端输出控制信号，分别与检测模块101、吸附机构102、移动机构103和越障控制机构104。
所述检测模块101、吸附机构102、移动机构103和越障控制机构104都有各自的驱动电路(见图2)，分别为检测模块驱动电路模块、吸附驱动电路模块、移动驱动电路模块和越障控制驱动电路模块。
所述检测模块通过位置传感器、距离传感器和三轴加速度传感器采集爬壁机器人的位置信息和壁面平滑度信息。
所述移动机构为轮式移动机构；所述轮式移动机构是由轮、直流电机和传动机构组成。
所述吸附模块是由真空泵、真空气管和真空吸盘构成；所述真空吸盘依真空管与真空泵连接。
所述越障控制机构104由电缸和传动机构组成。
所述控制模块的核心处理器是由ARM9处理器、作为RAM的SDRAM、作为ROM的NANDFLASH和晶振电路组成。
所述吸附驱动电路模块是对吸附模块102的真空泵进行驱动的电路，由真空泵直流电机驱动芯片组成；所述移动驱动电路模块是对轮式移动机构103的直流电机进行驱动的电路，由直流电机驱动芯片组成；所述越障控制驱动电路模块是对越障控制机构104的电缸的驱动电路，由直流式IGBT电路构成；所述检测模块驱动电路模块是驱动检测模块101的位置传感器、距离传感器和三轴加速度传感器的电路，以完成对爬壁机器人的状态信息和环境信息的检测。
所述动力电池是12V锂电池。
一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：
①爬壁机器人在初始状态为真空泵产生负压力，将负压力通过真空管传输给真空吸盘，真空吸盘提供的吸附力使得机器人吸附在光洁度较高的壁面上；
②控制模块对爬壁机器人的状态进行检测，然后根据检测到的状态信息进行对轮式移动机构的控制，实现对爬壁机器人的移动控制；
③当检测电路单元检测到机器人运行前方有障碍时，控制模块控制越障电路驱动模块，将首先接近障碍的吸附机构和轮式移动机构抬起，机器人继续前进，当越过障碍时，控制模块控制越障驱动电路模块放下，然后真空泵运行在真空吸盘内产生负压，使真空吸盘吸附在壁面上；
④各个吸附机构和轮式移动机构轮流越过障碍，实现爬壁机器人的越障过程。
所述步骤②中的爬壁机器人的状态是指爬壁机器人的自身状态，包括吸盘真空度、电池电量、工作环境状态、壁面光洁度和是否前方有障碍。

Claims (7)

1.一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人，其特征在于它包括检测模块、动力电池和控制模块、吸附机构、移动机构和越障控制机构；其中，所述检测模块、动力电池和控制模块、吸附机构和越障控制机构安装在移动机构上；所述控制模块由动力电池和控制模块的动力电池供电，其输出端输出控制信号，分别控制检测模块、吸附机构、移动机构和越障控制机构；所述检测模块通过位置传感器、距离传感器和三轴加速度传感器采集爬壁机器人的位置信息和壁面平滑度信息；所述移动机构为轮式移动机构；所述轮式移动机构是由轮、直流电机和传动机构组成；所述吸附机构是由真空泵、真空气管和真空吸盘构成；所述真空吸盘通过真空气管与真空泵连接；所述越障控制机构由电缸和传动机构组成。
2.根据权利要求1所述一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人，其特征在于所述检测模块、吸附机构、移动机构和越障控制机构都有各自的驱动电路，分别为检测模块驱动电路模块、吸附驱动电路模块、移动驱动电路模块和越障控制驱动电路模块。
3.根据权利要求1所述一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人，其特征在于所述控制模块的核心处理器是由ARM9处理器、作为RAM的SDRAM、作为ROM的NAND FLASH和晶振电路组成。
4.根据权利要求2所述一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人，其特征在于所述吸附驱动电路模块是对吸附机构的真空泵进行驱动的电路，由真空泵直流电机驱动芯片组成；所述移动驱动电路模块是对轮式移动机构的直流电机进行驱动的电路，由直流电机驱动芯片组成；所述越障控制驱动电路模块是对越障控制机构的电缸进行驱动的电路，由直流式IGBT电路构成；所述检测模块驱动电路模块是驱动检测模块的位置传感器、距离传感器和三轴加速度传感器的电路，以完成对爬壁机器人的状态信息和环境信息的检测。
5.根据权利要求1所述一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人，其特征在于所述动力电池是12V锂电池。
6.一种权利要求1所述光滑面可越障吸附式爬壁机器人的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：
①爬壁机器人在初始状态为真空泵产生负压力，将负压力通过真空管传输给真空吸盘，真空吸盘提供的吸附力使得机器人吸附在光洁度较高的壁面上；
②控制模块控制检测模块对爬壁机器人的状态进行检测，然后根据检测到的状态信息进行对轮式移动机构的控制，实现对爬壁机器人的移动控制；
③当检测模块检测到机器人运行前方有障碍时，控制模块控制越障控制驱动电路模块，将首先接近障碍的吸附机构和轮式移动机构抬起，机器人继续前进，当越过障碍时，控制模块控制越障控制驱动电路模块放下，然后真空泵运行在真空吸盘内产生负压，使真空吸盘吸附在壁面上；
④各个吸附机构和轮式移动机构轮流越过障碍，实现爬壁机器人的越障过程。
7.根据权利要求6所述一种光滑面可越障吸附式爬壁机器人的工作方法，其特征在于所述步骤②中的爬壁机器人的状态，包括吸盘真空度、电池电量、工作环境状态、壁面光洁度和是否前方有障碍。
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